材料微觀分析作業(yè)題答案一

1、第一章1.衍射分析用的單色X射線采用的陽極靶材料的哪種標識X射線、濾波片材料的原子序數(shù)與陽極靶材料的原子序數(shù)關(guān)系如何？濾波片吸收限k與陽極靶材料的標識X射線波長是什么關(guān)系？答：采用標識X射線。時，；時，剛好位于輻射源的和之間并盡可能靠近2、X射線與物質(zhì)相互作用時，產(chǎn)生哪兩種散射？各有什么特點？哪種散射適用于X射線衍射分析？什么方向是晶體對X射線的衍射方向？答：相干散射、非相干散射。 相干散射：振動頻率與入射X射線的相同，這些散射波之間符合振動方向相同、頻率相同、位相差恒定的光的干涉條件。適用于X射線衍射分析。 非相干散射：X射線波長增長并與原方向偏離2角，散布于空間各個方向的量子散射波與入射波

2、的波長不相同，位相也不存在確定的關(guān)系。入射波長越短，被照射物質(zhì)元素越輕。不能參與晶體對X射線的衍射。3、X射線是怎么產(chǎn)生的？什么是標識X射線（特征X射線）譜？什么是連續(xù)X射線譜？兩種譜的產(chǎn)生機理和特點。答：X射線的產(chǎn)生：X射線是由高速運動的帶電粒子與某種物質(zhì)相撞擊后猝然減速，且與該物質(zhì)中的內(nèi)層電子相互作用產(chǎn)生的。若我們對X射線管施加不同的電壓，在用適當?shù)姆椒ㄈy量由X射線管發(fā)出的X射線的波長和強度，便會得到X射線強度與波長的關(guān)系曲線，稱之為X射線光譜。·在管壓很低，小于20kV時的曲線是連續(xù)變化的，故而稱這種X射線譜為連續(xù)譜·當電壓繼續(xù)升高，大于某臨界值時，突然在連續(xù)譜的某

3、個波長處出現(xiàn)強度峰，峰窄而尖銳，改變管電流、管電壓，這些譜線只改變強度而峰的位置所對應(yīng)的波長不變，即波長只與原子序數(shù)有關(guān)，與電壓無關(guān)，叫做特征X射線。4、根據(jù)原子結(jié)構(gòu)的模型，闡述封閉式熱陰極X射線管中K系標識X射線的產(chǎn)生。（畫圖說明）6、什么叫X射線光電效應(yīng)？什么叫熒光X射線？俄歇電子？答：X射線光電效應(yīng)：入射X射線的光子與物質(zhì)原子中電子相互碰撞時產(chǎn)生的物理效應(yīng)，稱為X射線的光電效應(yīng)。 熒光X射線：為了與入射X射線相區(qū)別，稱由X射線激發(fā)所產(chǎn)生的特征X射線為熒光X射線。 俄歇電子：當有層電子躍入K層補充空位時，能量釋放會有兩種效應(yīng)，其中之一就是被包括空位層在內(nèi)的臨近電子或叫外層電子所吸收，使該電

4、子受到激發(fā)逸出，這種具有特征能量的電子即為俄歇電子。補充：·X射線照射到物質(zhì)上與物質(zhì)相互作用是個很復(fù)雜的過程，包括三個能量轉(zhuǎn)換過程：散射能量、吸收能量（包括真吸收變熱部分和光電效應(yīng)、俄歇效應(yīng)、正電子吸收等）、透過物質(zhì)繼續(xù)沿原入射方向傳播的能量（包括波長改變和不改變兩部分）。·真吸收：由電子在原子內(nèi)的遷移所引起的，是一個很大的能量轉(zhuǎn)換過程·漫散射式吸收與真吸收構(gòu)成全吸收。7. 什么是靶的激發(fā)電壓?工作電壓? X射線激發(fā)電壓有什么決定?本題答案未找到第二章8、在立方點陣中畫出下列晶向及晶面：9、將下列幾個晶面（立方晶系）按晶面間距的大小排列(123),(100), ,

5、 , , (210), (110), ,(030)。答：（hkl）h2+k2+l2（123）14(100)1(200)4(311)11(121)6(210)5(110)2(221)9(030)9面間距按由大到小排列 (100), (110), ,(210), ,(030)= ,（123)10、晶面（110），（311），（122）是否屬于同一晶帶，晶帶軸是什么？ 答：先按照（110）和（311）求取二者的晶帶軸，由晶帶定律可知即其晶帶軸為。若三晶面屬于同一晶帶，則應(yīng)滿足。將（122）代入后發(fā)現(xiàn)結(jié)果并不為零，故可判斷三晶面不屬于同一晶帶。11、下述立方晶體屬于哪一種布拉菲格子？ （1）每個晶胞中

6、含有位于0½0，½0½上的兩個同種原子。 （2）每個晶胞中含有位于½00，0½ ½，上的兩個A原子和位于00 ½， ½ ½0上的兩個B原子答：（1）體心立方（2）體心立方12、晶向指數(shù)、晶面指數(shù)、晶向族、晶面族的意義及表示法。晶向指數(shù)：晶向指數(shù)表示著所有相互平行、方向一致的晶向；所指方向相反，則晶向指數(shù)的數(shù)字相同，但符號相反； 以u v w表示晶面指數(shù)：晶面指數(shù)所代表的不僅是某一晶面，而是代表著 一組相互平行的晶面。以( h k l )表示。晶向族：晶體中因?qū)ΨQ關(guān)系而等同的各組晶向可歸并為一個晶向族，用&

7、lt;u v w>表示晶面族：在晶體內(nèi)凡晶面間距和晶面上原子的分布完全相同，只是空間位向不同的晶面可以歸并為同一晶面族，以h k l表示，它代表由對稱性相聯(lián)系的若干組等效晶面的總和。13. 倒易空間的意義，定義，與正空間的關(guān)系。本題答案未找到第三章12、什么是布拉格角？什么是衍射角？寫出布拉格方程的表達式并闡明其含義。對方程中的主要參數(shù)的范圍確定進行討論。布拉格角：、入射線與晶面交角衍射角：2、入射線與衍射線的交角。由衍射條件：，形成干涉、衍射線，即：布拉格方程d為晶面間距，為入射束與反射面的夾角，為X射線的波長，n為衍射級數(shù)，其含義是：只有照射到相鄰兩鏡面的光程差是X射線波長的n倍時才

8、產(chǎn)生衍射。參數(shù)范圍討論： sin<1；且n為整數(shù)，但一般取113、已知-Fe屬立方晶系，點陣參數(shù)a=0.28644 nm，問用 nm X射線照射-Fe，衍射圖中最多可得到幾條衍射線？答： 立方晶系的面間距公式為：均為簡單整數(shù)，故符合以上不等式的可能組有： 根據(jù)消光規(guī)律布拉菲點陣存在的譜線指數(shù)hkl不存在的譜線指數(shù)hkl簡單全部無底心h+k為偶數(shù)h+k為奇數(shù)體心（h+k+l）為偶數(shù)(h+k+l)為奇數(shù)面心hkl為同性數(shù)hkl為異性數(shù)可知，若為面心，則存在，而其他則不存在，故有兩條衍射線若為體心，則，其它則不存在，故有三條衍射線14、什么是干涉面？什么是干涉指數(shù)？干涉指數(shù)與晶面指數(shù)有何關(guān)系？

9、·干涉面：我們把布拉格方程改寫成為，而這是面間距為的實際上存在或不存在的假想晶面的一級反射。將這個晶面叫干涉面。·干涉指數(shù)：干涉面的面指數(shù)為干涉指數(shù)，一般用HKL表示。·干涉指數(shù)與晶面指數(shù)之間的關(guān)系為：H=nh；K=nk；L=nl。干涉指數(shù)與晶面指數(shù)之間的明顯差別是干涉指數(shù)中有公約數(shù)，而晶面指數(shù)只能是互質(zhì)的整數(shù)。當干涉指數(shù)也互為質(zhì)數(shù)時，它就代表一族真實的晶面。所以說，干涉指數(shù)是晶面指數(shù)的推廣，是廣義的晶面指數(shù)。15、晶體使X射線產(chǎn)生衍射的充分條件是什么？什么是系統(tǒng)消光？答：充分條件是同時滿足布拉格方程和結(jié)構(gòu)因子FHKL0。系統(tǒng)消光：把由于FHKL=0而使衍射線有規(guī)

10、律消失的現(xiàn)象稱為系統(tǒng)消光。16、X射線衍射線束的相對積分強度與什么因素有關(guān)? 試分別予以闡明。答：相對積分強度與結(jié)構(gòu)因子、角因子（包括極化因子和羅倫茲因子）、多重性因子、吸收因子、溫度因子有關(guān)。結(jié)構(gòu)因子：單位晶胞中所有原子散射波疊加的波即為結(jié)構(gòu)因子，用F表示。多重性因子：在晶體學(xué)中，將晶面間距相同、晶面上原子排列規(guī)律相同的晶面成為等同晶面。把等同晶面?zhèn)€數(shù)對衍射強度的影響因子叫做多重性因子，用P來表示。羅倫茲因子：包括晶粒大小的影響、參加衍射晶粒數(shù)目的影響、衍射線位置對強度測量的影響，三種影響均與布拉格角有關(guān)，將其歸并在一起，統(tǒng)稱為羅倫茲因子。羅倫茲因子與計劃因子合并，并略去常數(shù)項1/8，得到羅

11、倫茲極化因子。吸收因子：試樣對X射線的吸收，試樣形狀和衍射方向的不同，衍射線在試樣中穿行的路徑便不相同，所引起的吸收效果也不一樣。溫度因子：熱振動給X射線的衍射會帶來很多影響，但不會改變布拉格角，不會使衍射線條變寬。17、結(jié)構(gòu)因子FHKL的物理意義?與那些因素有關(guān)?什么是系統(tǒng)消光? 引起消光的原因? 系統(tǒng)消光：由于原子在晶胞中的位置不同而引起的某些方向上衍射線消失的現(xiàn)象稱為系統(tǒng)消光.本題答案未找到18、當體心立方點陣的體心原子和頂點原子種類不相同時，關(guān)于H+K+L=偶數(shù)時，衍射存在，奇數(shù)時衍射相消的結(jié)論是否仍成立？為什么？答：假設(shè)A原子為頂點原子，B原子占據(jù)體心，其坐標為：A：0 0 0 （晶

12、胞角頂）B：1/2 1/2 1/2 （晶胞體心）于是結(jié)構(gòu)因子為：FHKL=fAei2（0K+0H+0L）+fBei2(H/2+K/2+L/2)=fA+fBe i(H+K+L)因為： eni=eni=(1)n所以，當H+K+L=偶數(shù)時: FHKL=fA+fB FHKL2=(fA+fB)2 當H+K+L=奇數(shù)時: FHKL=fAfB FHKL2=(fAfB)2從此可見, 當體心立方點陣的體心原子和頂點原主種類不同時，關(guān)于H+K+L=偶數(shù)時，衍射存在的結(jié)論仍成立，且強度變強。而當H+K+L=奇數(shù)時，衍射相消的結(jié)論不一定成立，只有當fA=fB時,FHKL=0才發(fā)生消光，若fAfB，仍有衍射存在，只是強

13、度變?nèi)趿恕?9、為什么有的XRD data中，有（200）（400）面，而沒有最基本的（100）面數(shù)據(jù)？或者有（220）而沒有（110）？答：粉晶衍射不一定能出現(xiàn)所有的面網(wǎng)，很多物質(zhì)的粉晶衍射都不一定出現(xiàn)（100）（110），這與結(jié)構(gòu)有關(guān)。晶體衍射有個叫"消光"的現(xiàn)象，晶體的"消光規(guī)律"決定于它的結(jié)構(gòu)的對稱性，不同的空間群其"消光規(guī)律"不同。如果應(yīng)該出現(xiàn)的衍射而沒有出現(xiàn)，那就是樣品的擇優(yōu)取向引起的。再者（100）面的角度比較低，有時是沒有掃到或淹沒在低角度的背景中了。補充：結(jié)構(gòu)因子F與原子種類、原子個數(shù)和原子所在位置有關(guān)。第四章20.

14、 X射線衍射儀采用聚焦光路法分析時，樣品轉(zhuǎn)速和探測器轉(zhuǎn)速的關(guān)系，1：2 ？2：1？1：1？答：1:221、什么是測角儀圓，什么是聚焦圓？答：光學(xué)布置上要求線狀焦點S、計數(shù)管G（實際上是光闌F）位于同一圓周上，這個圓周叫測角儀圓，測角儀圓是不變的。為達到聚焦目的，使X射線管的焦點S,樣品表面O、計數(shù)器接受光闌F位于聚焦圓上。22、影響衍射儀測試結(jié)果的主要實驗參數(shù)是？答：狹縫光闌、時間常數(shù)和掃描速度。23、試述X射線粉末衍射法物相定性分析的程序及應(yīng)注意的問題。答：單相物質(zhì)定性分析程序：在求出d和I/I1后根據(jù)待測向衍射數(shù)據(jù)，得出三個前線的晶面間距值d1 d2 d3根據(jù)d1在數(shù)值索引中檢索適當?shù)膁組

15、，找出d1 d2 d3復(fù)合較好的卡片。把待測相三強線的d值和I/I1值與這些卡片上各物質(zhì)的三強線d值和I/I1值相比較，淘汰一些不符合的卡片，最后獲得與實驗數(shù)據(jù)一一吻合的卡片，卡片上所示物質(zhì)即為待測相。復(fù)相物質(zhì)定性分析：與單相分析類似，但需要反復(fù)嘗試。注意的問題：作定性相分析時，由于試樣制備方法、測定條件以及JCPDS卡的數(shù)據(jù)本身的可靠性問題，使得JCPDS卡的數(shù)據(jù)與試樣衍射線的d值或I/I1值有些差別。1）、粘土礦物或石墨粉末等易產(chǎn)生擇優(yōu)取向的試樣以及具有擇優(yōu)位向的金屬箔，其衍射強度會發(fā)生變化，甚至出現(xiàn)倒置的情況。2）、粒徑大的粉末（幾十m以上）衍射強度重現(xiàn)性差，強度的變化可達百分之幾十。3

16、）、試樣中固溶體其它物質(zhì)或試樣加熱膨脹時衍射線移向低角位置（高角位置衍射線偏移量較大）。4)、實驗誤差帶來的峰位移動24為什么定性分析時d值的數(shù)據(jù)比相對強度的數(shù)據(jù)重要？答：由于面間距數(shù)據(jù)是物相的標識性數(shù)據(jù)，作定性分析時主要依據(jù)d值。雖然相對強度也是主要判據(jù)之一，但由于相對強度受樣品情況的影響較大，定性時在d值相符的情況下再根據(jù)樣品的情況考慮相對強度是否一致。25為什么說小角度區(qū)的衍射數(shù)據(jù)比高角度區(qū)的數(shù)據(jù)重要？答：對于不同晶體來說，低角度線的d值相一致重疊的機會很少，而對于高角度線（即d值小的線），不同晶體間相互重疊機會增多，當使用波長較長的X射線時，將會使得一些d值較小的線不再出現(xiàn)，但低角度線

17、總是存在。樣品過細或結(jié)晶較差的，會導(dǎo)致高角度線的缺失，所以在對比衍射數(shù)據(jù)時，應(yīng)較多地注重低角度線，即d值大的線。26、鋁為面心立方點陣，a0.409nm。今用Cr K （0.209nm）攝照周轉(zhuǎn)晶體相，X射線垂直于001。試用厄瓦爾德圖解法原理判斷下列晶面有無可能參與衍射：（111），（200），（220），（311），（331），（420）。答：爾瓦爾德圖解法是布拉格定律的幾何表達形式。若能參與衍射應(yīng)該符合兩個條件，一個是未被消光，另一個是符合。首先，由于Al為面心立方點陣，故根據(jù)消光規(guī)律，hkl應(yīng)該均為同性數(shù)。以上晶面指數(shù)都符合。其次，計算觀察是否都符合由得到如下2倍晶面間距：hkl2d/

18、nm1110.4722732000.4092200.2892073110.2466363310.1876624200.18291與波長0.209nm比較獲知，（111）（200）（220）（311）可能參與衍射。27、某立方晶系的金屬晶體，用CuK射線（154.2pm）攝取其粉末衍射圖，測得各衍射線的2角如下：44.62º 51.90º 76.45º 93.06º 98.57º 122.12º 145.0º 156.16º（1） 將各衍射線指標化。（2） 確定該晶體的空間點陣型式。（3） 求算該晶體的晶胞參數(shù)。答：

19、（1）計算步驟為：1在X射線衍射儀上，測出各衍射峰的或d值；2計算各個sin2m；3求出各個sin2m與sin21之比值，并化為整數(shù)；4根據(jù)立方晶系系統(tǒng)消光規(guī)律得到Nm和（hkl）；44.62°0.3794350.14401.0051.9°0.437380.19131.3376.45°0.6184850.38252.6693.06°0.7254510.52633.6698.57°0.7576790.57413.99122.12°0.8748650.76545.32145°0.9535240.90926.32156.16

20、76;0.9782940.95716.65由下表，衍射線指標化結(jié)果：（分別對應(yīng)為）111:200:220:311:222:400:331:420.（2）由以下表可以確定該晶體的空間點陣形式：可確定，該晶體為面心立方。（3）2=44.62 sin2=0.1441 =0.1542nm h=l=k=128、X射線定量相分析的基本原理是什么？簡述K值法。定量依據(jù)：某物相的衍射峰的積分強度與該物相在樣品中的體積分數(shù)成正比。定量的基本原理如下式所示： 式中：IJ： 衍射峰的積分強度KJ: 強度表達式中與試樣種類、數(shù)量均無關(guān)的常數(shù)相。WJ：J物質(zhì)的重量百分數(shù)µM/M：除J相外試樣的平均質(zhì)量吸收系數(shù)

21、。µ/：是由N項組成的試樣平均質(zhì)量吸收系數(shù)。·簡述K值法的定量基本方法：K值法是一種改良的內(nèi)標法。公式中S下標的代表標樣，a下標代表a物相。公式中關(guān)鍵的參數(shù)為Ksa。當某a相與標準相s重量比為1:1時，。K值也被稱作參比強度。純物質(zhì)的參比強度等于該物質(zhì)與合成剛玉的1:1混合物的X射線衍射圖中兩條最強線的強度比。當采用通用標樣時，K(RIR)值可以從索引中查出.若一個樣品中同時存在A，B，C 等相，我們可以選用A 相作為標樣，通過PDF 卡片查到每個相的RIR，就可以計算出以其中的A 相為內(nèi)標物時，樣品中每個相的K 值。即： 如果一個系統(tǒng)中存在N 個相，其中X 相的質(zhì)量分數(shù)為

22、： 29、A-TiO2（銳鈦礦）(RIR=5.0)與 R-TiO2（金紅石）(RIR=3.6)混合物衍射花樣中兩相最強線強度比 I A-TiO2 / I R-TiO21.5,試用參比強度法計算兩相各自的質(zhì)量分數(shù)。答： 由于兩礦石的密度相近，故 30、采用X射線進行晶體衍射分析，利用照相法記錄衍射花樣，1、當多晶體晶粒細化時，衍射花樣將如何變化？2、當多晶試樣中存在宏觀應(yīng)力時，衍射花樣的變化情況是怎樣？答：晶粒細化時，衍射圓環(huán)加寬，亮度變暗。存在宏觀內(nèi)應(yīng)力使得衍射環(huán)的半徑改變，同時導(dǎo)致底片上的衍射環(huán)變寬。31、衍射強度變?nèi)醣举|(zhì)的原因是由于晶體顆粒變小，還是樣品顆粒變小？答：晶體顆粒變小。32、晶粒細化和點陣畸變在使衍射峰增寬的原理上有什么不同？判定晶粒細化致寬還是點陣畸變致寬的依據(jù)是什么？答：·晶粒尺寸不滿足布拉格定義的無限大，在偏離正確布拉格方向上仍產(chǎn)生